第三章固定化酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)演示文稿

第三章固定化酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)演示文稿目前一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第三章固定化酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)目前二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（一）固定化酶的應(yīng)用1、食品工業(yè)漆酶是一種結(jié)合多個(gè)銅離子的蛋白質(zhì)，屬于銅藍(lán)氧化酶■啤酒、果蔬汁等貯藏渾濁或沉淀現(xiàn)象？■果汁生產(chǎn)，果膠存在，提產(chǎn)及去濁澄清問題？影響：出汁率低；果汁濁，黏度高，易出現(xiàn)沉淀?！鍪称饭I(yè)的綠色生產(chǎn)問題?原因:酚類與蛋白質(zhì)生成大分子物質(zhì)固定化果膠酶方法:漆酶淀粉糖/高果糖漿目前三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（一）固定化酶的應(yīng)用2、燃料工業(yè)（生物柴油）主要酸堿催化。固定化脂酶目前四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（一）固定化酶的應(yīng)用3、醫(yī)藥工業(yè)◆固定化青霉素?；负铣深^孢羥氨芐（代替青霉素）◆固定化脂肪酶合成VC棕櫚酸酯◆固定化酶藥物蛋白類口酶口服易分解，固定后有助于保持活性目前五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（二）固定化酶與游離酶◆自由酶(FreeEnzyme)酶直接加入至溶液中，酶自身的空間結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，保持自己的生物特性◆固定化酶(ImmobilizedEnzyme)通過物理或化學(xué)的手段，將酶固載在某種基體上。目前六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)什么是固定化酶？水溶性酶水不溶性載體水不溶性酶（固定化酶）固定化技術(shù)目前七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（三）固定化酶反應(yīng)器的特點(diǎn)1、自由酶反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：酶解效率高、使用比較方便，特別是在大批量樣品處理時(shí)。缺點(diǎn)：不能重復(fù)使用、壽命短、產(chǎn)物分離難度大目前八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述2、固定化酶的優(yōu)點(diǎn)（三）固定化酶反應(yīng)器的特點(diǎn)◆易于將酶與底物及產(chǎn)物分離，產(chǎn)物相對(duì)容易提純；◆酶能夠重復(fù)利用，使用效率提高，成本低；◆大多數(shù)情況下可以提高酶的穩(wěn)定性；◆可以增加產(chǎn)物的收率，提高產(chǎn)物質(zhì)量；◆有利于實(shí)現(xiàn)管道化、連續(xù)化以及自動(dòng)化操作，易于與各種分離手段聯(lián)用。目前九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述2、固定化酶的缺點(diǎn)（三）固定化酶反應(yīng)器的特點(diǎn)◆但由于固定化酶是通過反應(yīng)而被結(jié)合在載體上，固定化過程中酶的活力難免有一定損失；◆而底物則要求是水溶性的，這樣才能夠接觸酶而發(fā)生反應(yīng)；◆也不適宜于需要輔助因子的反應(yīng)。目前十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（四）酶的固定化方法CovalentbondCrosslinkageIonicbondInvestmentMicrocapsule目前十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述１、吸附法(Adsorption)（四）酶的固定化方法◆吸附法有物理吸附、離子吸附及螯合或金屬結(jié)合法。常用的載體如淀粉、谷蛋白等有機(jī)類載體，活性炭、多孔玻璃、硅膠等無機(jī)類載體，大孔型的合成樹脂，陶瓷以及纖維素衍生物類。陰、陽離子交換劑◆◆pH，影響載體和酶的電荷變化,影響酶吸附；離子強(qiáng)度，一般認(rèn)為鹽阻止吸附；蛋白質(zhì)濃度，蛋白質(zhì)濃度增加，吸附量也增加，直至飽和；溫度，蛋白質(zhì)往往是隨溫度上升而減少吸附；吸附速度，蛋白質(zhì)在固體載體上的吸附速度要比小分子慢得多；載體，對(duì)于非多孔性載體，則顆粒越小吸附力越強(qiáng)。影響酶蛋白在載體上吸附程度的因素目前十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（四）酶的固定化方法２、包埋法(Entrapment)包埋類型可有：網(wǎng)格型、微囊型及脂質(zhì)體液膜型。包埋法是將游離酶包埋于格子或微膠囊內(nèi)，格子的結(jié)構(gòu)可以防止酶滲出到周圍的培養(yǎng)基中，而底物分子仍能滲入格子內(nèi)與酶接觸。目前十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述３、共價(jià)鍵合法(Covalentbonds)（四）酶的固定化方法交聯(lián)法和肽鍵鍵合法氨基：賴氨酸的氨基和多肽鏈的末端氨基；羧基：天冬氨酸的羧基，谷氨酸的羧基和末端羧基；酚基：酪氨酸的酚環(huán)；巰基：半胱氨酸、蛋氨酸的巰基；羥基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸的羥基；咪唑基：組氨酸的咪唑基；吲哚基：色氨酸的吲哚基。目前十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述SynthesisofIMERusingglutaraldehydemethod1.戊二醛法Ye,M.L.

etal.Electrophoresis,2005,25:1319-1326常用的共價(jià)鍵合方法（四）酶的固定化方法目前十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（四）酶的固定化方法SynthesisoftheIMERusingDSCmethod2、二琥珀酰亞胺碳酸酯法(DSC)Rawale,S.,etal.J.Med.Chem.,2002,45:937-43Calleri,E.,etal.,J.Pharm.Biomed.Anal.,2003,32:715-24常用的共價(jià)鍵合方法目前十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（四）酶的固定化方法常用的共價(jià)鍵合方法3、β-羥胺形式(β-hydroxylamineformation)ThesynthesisoftheIMERthroughβ-hydroxylamineformationMarleI.,etal.J.Chromatogra.1992,A,604:185-196

目前十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述（四）酶的固定化方法4、交聯(lián)法利用雙功能或多功能試劑在酶分子間或酶與載體間，或酶與惰性蛋白間進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，以制備固定化酶的力法。最常用的交聯(lián)試劑是戊二醛，其他如苯基二異硫氰、雙重氮聯(lián)苯胺-2，2’二磺酸、1，5—二氟—2，4—二硝苯、己二酰二胺甲脂等。用戊二醛交聯(lián)制備固定化酶的反應(yīng)如下：目前十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)目前十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述被固定的微生物細(xì)胞所用載體和方法底物產(chǎn)物或用途釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)硅和聚氧乙稀碎片，吸附葡萄糖乙醇釀酒酵母魔芋葡甘露糖，共價(jià)葡萄糖乙醇釀酒酵母海藻酸鈣，包埋麥芽汁啤酒委內(nèi)瑞拉鏈霉菌(Streptomycesvenezuelae)明膠，微囊葡萄糖果糖固定化酶／細(xì)胞的應(yīng)用實(shí)例目前二十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述被固定的微生物細(xì)胞所用載體和方法底物產(chǎn)物／用途黑曲霉(Aspergilusniger)甲基丙烯酸縮水甘油脂聚合物戊二醛交聯(lián)葡萄糖葡萄糖酸芽孢桿菌(Bucillussp.)聚丙烯酰胺，包埋蛋白胨等桿菌肽粘質(zhì)賽氏菌(Serratiamarcescens)卡拉膠，包埋明膠，蛋白胨等堿性蛋白酶珊瑚諾卡氏菌(Nocardiacorallina)酚醛樹脂，吸附丙烯腈廢水處理廢水熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)明膠，包埋葡萄糖血糖檢測(cè)傳感器固定化酶／細(xì)胞的應(yīng)用實(shí)例目前二十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章固定化酶催化應(yīng)動(dòng)力學(xué)>>概述固定化酶／細(xì)胞的應(yīng)用實(shí)例被固定的微生物細(xì)胞載體和方法底物產(chǎn)物或用途木醋桿菌(Acetobactesxylinum)卡拉膠，包埋乙醇酒精檢測(cè)傳感器柱孢魚腥藍(lán)細(xì)菌(Anabaenacylindrica)玻璃珠，吸附光解水HO鏈魚腥藍(lán)細(xì)菌(Anabaenaazollae)海藻酸聚賴氨酸，微囊N2固氮蕁麻青霉(Penicilliumurticae)角叉菜聚糖，包埋葡萄糖，酵母提取物棒曲霉素丙酸細(xì)菌(Propionibacteriumsp.)光交聯(lián)樹脂，包埋硫酸鈷、甘氨酸等B12谷氮酸棒桿菌(Corynebacterium

glutamicum)聚丙烯酰胺，包埋葡萄糖等L-谷氨酸目前二十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征討論幾個(gè)問題：１、糖在水中溶化，不攪拌與攪拌時(shí)，異同？２、香味傳播？有風(fēng)無風(fēng)，異同？３、自由酶、固定酶，反應(yīng)異同？目前二十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征一、酶固定化對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響酶固定后，酶本身的結(jié)構(gòu)必然受到擾動(dòng)，同時(shí)酶固定后，由于擴(kuò)散限制效應(yīng)、空間位阻作用以及載體性質(zhì)等因素必然對(duì)酶的性質(zhì)產(chǎn)生影響。目前二十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征１、固定化酶的活力一、酶固定化對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響酶活力表現(xiàn)率一般降低(Km)EnzymeAgentofimmobiliztionsubstrateKm/(mol/L)CreatinekinaseFreeEATP6.5×10-4AminobenzoiccelluloseATP8.0×10-4LactatedehydrogenaseFreeENADH7.8×10-6Propionyl-glassNADH5.5×10-5αchymotrypsinFreeEATEE1.0×10-3Soluble-aldehydeglucoseATEE1.3×10-3FicusproteinaseFreeEBAEE2.0×10-2CMC-70BAEE2.0×10-2TrypaseFreeEBAA6.8×10-3Maleate/ethylideneBAA2.0×10-4Tab1M-constantoffreeEandimmobilizedE目前二十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征２、固定化酶的穩(wěn)定性一、酶固定化對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響熱穩(wěn)定性普遍提高保存期t1/2增1倍;熱穩(wěn)定性比溶液Ｅ提高10倍以上(空間結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，加熱不易變型)目前二十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征二、影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素1、空間效應(yīng)（包括構(gòu)象和屏蔽）酶，三維空間結(jié)構(gòu)；固定化，由于E與載體的相互作用，引起酶活性部位發(fā)生扭曲變形，改變活性部三維結(jié)構(gòu)，減弱了結(jié)合力，稱構(gòu)象效應(yīng)。載體的存在使底物分子不易與酶活性部位接觸，對(duì)酶活性部位造成空間障礙，使酶活下降，稱屏蔽效應(yīng)（位阻效應(yīng)）目前二十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征二、影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素1、空間效應(yīng)（包括構(gòu)象和屏蔽）圖、固定化酶的結(jié)構(gòu)改變和屏蔽效應(yīng)目前二十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征二、影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素2、分配效應(yīng)含固定化酶的多種載體示意圖幾個(gè)概念◆構(gòu)成多相體系；◆微環(huán)境（固酶附近）◆主體溶液◆分配效應(yīng)(S\P濃度不同的現(xiàn)象)目前二十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第1節(jié)固定化催化的動(dòng)力學(xué)特征二、影響固定化酶動(dòng)力學(xué)的因素3、擴(kuò)散效應(yīng)幾個(gè)概念◆酶固定→酶濃度不均勻,S均勻→S向活性擴(kuò)散,反應(yīng)后P向溶液擴(kuò)散

；◆內(nèi)擴(kuò)散（固酶內(nèi)表面向微孔內(nèi)酶活性中心）◆外擴(kuò)散(溶液主體向固定化酶表面)◆反應(yīng)和擴(kuò)散的關(guān)系內(nèi)擴(kuò)散效應(yīng)和外擴(kuò)散效應(yīng)?目前三十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)固定化酶與液相反應(yīng)物系相接觸的反應(yīng)過程為:第一步：底物由液相主體擴(kuò)散到載體的外表面第二步：底物在載體的外表面進(jìn)行反應(yīng)第三步：產(chǎn)物由外表面擴(kuò)散到液相主體傳質(zhì)過程反應(yīng)過程目前三十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)擴(kuò)散速率=濃度差面積×單位?傳質(zhì)系數(shù)kL×單位液體所具有的傳質(zhì)面積a單位時(shí)間單體積所傳遞的物質(zhì)量mol/(L.s)m2/m3=1/mCso-Csimol/L單位?單位?單位?擴(kuò)散速率=kL

×a×(Cso-Csi)目前三十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制以酶促反應(yīng)為例，在載體外表面的酶促反應(yīng)符合M-M方程：式中RS

i——載體外表面的底物消耗速率，（mol/L·s）

CS

i——載體外表面的底物濃度（mol/L）目前三十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)底物由液相主體擴(kuò)散到載體表面的擴(kuò)散速率：一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制式中RSd——底物由液相主體擴(kuò)散到載體表面的擴(kuò)散速率，（mol/L·s）

kL——液膜的傳質(zhì)系數(shù)，（m/s）

a——單位體積的反應(yīng)物系具有的傳質(zhì)面積，（m2/m3=1/m）

kLa——體積傳質(zhì)系數(shù)，kLa=kL

·a，（1/s)CS0——液相主體的底物濃度，（mol/L）目前三十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下有：？？一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制反應(yīng)速度=外擴(kuò)散速度也就是：當(dāng)外擴(kuò)散速率很快時(shí)，而反應(yīng)速度較慢時(shí)，此時(shí)無外擴(kuò)散的限制（表面濃度近似等于主體濃度）：

Rso=液相主體反應(yīng)速度，即游離E反應(yīng)速度,也是無擴(kuò)散影響的最大反應(yīng)速率(本征反應(yīng)速率).目前三十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)當(dāng)外擴(kuò)散速率很慢時(shí)，外擴(kuò)散為限制步驟，固定化酶外表面上底物濃度趨近于零，此時(shí)：一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制rd為在外擴(kuò)散速率很慢時(shí)的最大的傳質(zhì)速率。目前三十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)有效速率Rsi、反應(yīng)最大速率Rso、擴(kuò)散最大速率rd與主體濃度Cso之間的關(guān)系一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制①？曲線②？曲線③？曲線目前三十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制■可分幾個(gè)區(qū)？RsordCsoABC■三個(gè)區(qū)的特征？目前三十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制由曲線關(guān)系：■A部分，外擴(kuò)散控制Cso較小時(shí)，Rso>rd；此時(shí)Rsi=rd■C部分，動(dòng)力學(xué)控制Cso較大時(shí)，Rso<rd;此時(shí)

Rsi=Rso■B部分，反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大，此時(shí)宏觀反應(yīng)速率如何求？？RsordCsoABC目前三十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大，求反應(yīng)速率的方法：一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制1、由Csi確定Rsi令：無因次濃度無因次M-M常數(shù)

Damk?hier準(zhǔn)數(shù)（丹克萊爾準(zhǔn)數(shù)）目前四十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)代入上式有:反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大，求反應(yīng)速率的方法：一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制1、由Csi確定RsiDa的意義為??◆當(dāng)Da>>1時(shí)?控制◆當(dāng)Da<<1時(shí)傳質(zhì)擴(kuò)散限制反應(yīng)速率限制目前四十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制例：某酶固定于無微孔的球形載體上，在排除外擴(kuò)散影響的條件下測(cè)得其動(dòng)力學(xué)參數(shù)為rmax=4×10-5mol/(L·s)，Km=2×10-5mol/L，現(xiàn)將固定化酶顆粒裝入底物濃度為1×10-5mol/L反應(yīng)器中，并已知在這一操作條件下流體傳質(zhì)系數(shù)為4×10-1(1/S)，求：底物在固定化酶的外表面的反應(yīng)速率。目前四十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)目前四十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)所以目前四十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率:比較當(dāng)未固定化的為促反應(yīng)速率:目前四十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大，求反應(yīng)速率的方法：一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制2、引入外擴(kuò)散有效因子hE外擴(kuò)散的有效因子的定義:目前四十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制反應(yīng)速率與外擴(kuò)散速率相差不大，求反應(yīng)速率的方法：效率因子法求外擴(kuò)散影響固酶表面反應(yīng)速率公式————從上式可看出，ηE近似于1，Rsi=rso,說明固酶表面底物濃度與主體的相同，此時(shí)反應(yīng)未受外擴(kuò)散影響2、引入外擴(kuò)散有效因子從上式可看出，ηE<<1，Rsi<<rso,說明宏觀反應(yīng)速率已由外擴(kuò)散控制目前四十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制2、引入外擴(kuò)散有效因子法求反應(yīng)速率的方法討論：（1）外擴(kuò)散控制Da>>1一級(jí)動(dòng)力學(xué)特性（2）反應(yīng)動(dòng)力控制Da<<1目前四十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)一、外擴(kuò)散速率對(duì)酶催化反應(yīng)速率的限制2、引入外擴(kuò)散有效因子法求反應(yīng)速率的方法有效因子與Da關(guān)系曲線Da及β已知時(shí)，可求ηP93目前四十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)二、外擴(kuò)散限制及化學(xué)抑制同時(shí)存在的動(dòng)力學(xué)1、非競(jìng)爭(zhēng)性化學(xué)抑制2、底物抑制目前五十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、降低外擴(kuò)散效應(yīng)的技術(shù)措施式中De——擴(kuò)散系數(shù)，取決于傳質(zhì)物質(zhì)的性質(zhì)

Δy——傳質(zhì)阻力臨界膜厚度1、提高傳質(zhì)系數(shù)的措施◆改變反應(yīng)液相的流動(dòng)狀態(tài)；降低Δy：？

◆適當(dāng)?shù)臄嚢枘壳拔迨豁揬總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第2節(jié)外擴(kuò)散限制效應(yīng)2、提高傳質(zhì)速率適當(dāng)提高液相主體的底物濃度CS0可提高傳質(zhì)速率RSd，降低外擴(kuò)散的限制。三、降低外擴(kuò)散效應(yīng)的技術(shù)措施目前五十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)Whatisinner-diffusioneffect?——introductionAdsorptionbyporousmediumImmobilizedenzymeinvestHowmanymethodscanbeusedtoprepareIE??Wherewillthebio-reactionproceedforthistwoimmobilizedenzymes?ReactionwithintheIE(usuallycalledgranular)目前五十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)Whenreactionproceedwithinthegranular,thereactionratewillbeinfluencedbymasstransferprocess,whichincludingtworeciprocaldirections,substratemusttransferfromliquidphasetotheactivitysiteofwithintheimmobilizedenzyme,correspondinglytheproductmusttransferfromIEtoliquidphase.ThemasstransferprocessproceedwithintheIEgranular,soiscalledinnerdiffusioneffect.F(innerdiffusion,ieresistance)=(structureparametersofimmobilizedenzyme,

featureofreactionsystem)Whatisinner-diffusioneffect?目前五十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)的擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）、比表面積Sg單位質(zhì)量載體所具有的內(nèi)表面積，比表面積Sgm2/g(200-300)（2）、微孔半徑?單位質(zhì)量載體所具有的孔體積，Vgm3/g目前五十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)(3)空隙率εP

:whichisratioofmicroporocityvolumetoparticlevolume.

εP

<1一、載體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)的擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)εP=Vg.ρPρP——表觀密度(4)當(dāng)量直徑V=VP45體積相當(dāng)直徑？外表面積相當(dāng)直徑？比表面積直徑？目前五十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)的擴(kuò)散1、載體結(jié)構(gòu)參數(shù)(5)

ParticledensityApparentdensityρP=Realdensityρt=Solidsmass/particlevolumeSolidsmass/solidsvolumePackingdensityρb=Solidsmass/bedvolumeBeddensity目前五十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)的擴(kuò)散2、微孔內(nèi)擴(kuò)散分子擴(kuò)散diffusionresistanceresultfrommolecularcollision,independenttomicropousdiameter.努森擴(kuò)散diffusionresistanceresultfromcollisionbetweenmolecularandwallofhole,independenttomolecularcollision目前五十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)一、載體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與微孔內(nèi)的擴(kuò)散2、微孔內(nèi)擴(kuò)散分子擴(kuò)散λ/2r≤1ⅹ10-2努森擴(kuò)散λ/2r≥10

λ：分子運(yùn)動(dòng)平均自由程r：微孔直徑λ/2r≤1ⅹ10-2

λ/2r≥10?目前五十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布酶反應(yīng)速度與底物濃度是密切相關(guān)的載體內(nèi)的底物濃度存在著分布不均的問題沿著傳質(zhì)的方向有底物、產(chǎn)物的濃度的分布反應(yīng)速率因底物濃度的分布而在變化由于底物在載體內(nèi)的擴(kuò)散作用以及酶的反應(yīng)反應(yīng)速率/濃度均變化，如何求？質(zhì)量衡算目前六十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布推導(dǎo)質(zhì)量衡算方程的假設(shè)條件：◆載體為多孔的球體或其他幾何形體?！裘冈谳d體內(nèi)是均布的?！糨d體幾何尺寸上的溫度梯度不足以影響酶促反應(yīng)的速率?！艄潭ɑ傅拇呋盍Σ蛔儭?/p>

◆僅以擴(kuò)散的形式進(jìn)行傳質(zhì)，在載體內(nèi)沒有反應(yīng)液相的對(duì)流。

◆底物、產(chǎn)物的濃度在擴(kuò)散的方向上變化。目前六十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)擴(kuò)散模型以Fick定律表述，且擴(kuò)散系數(shù)De在載體內(nèi)的任意位置均為常數(shù)。二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布推導(dǎo)質(zhì)量衡算方程的假設(shè)條件：◆式中Ns——s組分的擴(kuò)散通量

De——擴(kuò)散系數(shù)

Cs——s組分的濃度

r——擴(kuò)散距離目前六十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布1、質(zhì)量衡算方程在某一微體積元dV中的反應(yīng)對(duì)任意組分的質(zhì)量平衡關(guān)系為：對(duì)底物有：目前六十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)R

⊿r

r在球形載體中，取一個(gè)直徑為r，厚度為Δr的殼層為反應(yīng)體系，二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布1、質(zhì)量衡算方程底物在載體內(nèi)的擴(kuò)散和反應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)微體積元內(nèi)的底物累積質(zhì)量為0。在微體積元內(nèi)的底物質(zhì)量平衡為：目前六十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布1、質(zhì)量衡算方程當(dāng)時(shí)，有略去（dr）2項(xiàng)，整理得目前六十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布1、質(zhì)量衡算方程方程（1）的解與rs的形式有關(guān)（1）.A.BCO(2-17)目前六十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布2、一級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布rs=k1Cs令無因次半徑無因次濃度無因次反應(yīng)級(jí)數(shù)參比量類M-M反應(yīng)Thiele模數(shù)目前六十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布2、一級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布邊界條件:令:(2)式(2)變成:目前六十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布2、一級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布上式通解為:目前六十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)圖顆粒內(nèi)底物濃度分布二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布2、一級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布P109由此圖,為什么有些情況下,顆粒中心無底物?0目前七十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布3、零級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布令:P109目前七十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布3、零級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布令:P51目前七十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布3、零級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布積分得：代入：得：目前七十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布3、零級(jí)動(dòng)力學(xué)濃度分布邊界條件:C2=0詳見P53表3-3目前七十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布4、M-M動(dòng)力學(xué)的濃度分布目前七十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)二、微孔內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布4、M-M動(dòng)力學(xué)的濃度分布球形載體的中心處球形載體的表面處其邊界條件為：Ф球形固定化酶顆粒內(nèi)底物濃度分布與Фm及?的關(guān)系數(shù)值解目前七十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)令則(數(shù)值見圖3.6)多孔膜內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布目前七十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率內(nèi)擴(kuò)散的效率因子則在載體內(nèi)的實(shí)際酶促反應(yīng)速率為：Rsi為顆粒內(nèi)底物濃度均為其顆粒外表面處的濃度Csi時(shí)的反應(yīng)速率,當(dāng)無外擴(kuò)散影響時(shí)，CSi=CS0，Rsi=Rso,即目前七十八頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率如何計(jì)算η,與反應(yīng)形式有關(guān)..A.BCO（1）一級(jí)反應(yīng)的有效因子1

對(duì)一級(jí)反應(yīng)，當(dāng)無外擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，在一球形載體上的總本征反應(yīng)的速率為式中R——載體直徑

k1——一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)目前七十九頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)穩(wěn)定狀態(tài)下，其有效的總反應(yīng)速率應(yīng)等于由表面向內(nèi)部的底物擴(kuò)散速率，載體表面的總擴(kuò)散速率為：三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（1）一級(jí)反應(yīng)的有效因子1則如何求解?濃度分布前面推導(dǎo)過目前八十頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)令：無因次半徑無因次濃度無因次反應(yīng)級(jí)數(shù)參比量一級(jí)反應(yīng)的Thiele模數(shù)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（1）一級(jí)反應(yīng)的有效因子1目前八十一頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)其邊界條件為球形載體的中心處三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（1）一級(jí)反應(yīng)的有效因子1球形載體的表面處解得或目前八十二頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（1）一級(jí)反應(yīng)的有效因子1一級(jí)反應(yīng)的有效因子1的解析式為：目前八十三頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（2）零級(jí)動(dòng)力學(xué)的有效因子0對(duì)零級(jí)反應(yīng)，當(dāng)無外擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，在一球形載體上的總本征反應(yīng)的速率為：式中k0——零級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)，對(duì)酶促反應(yīng)此時(shí)目前八十四頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)如果內(nèi)擴(kuò)散的影響使得底物在載體的RC處有:三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（2）零級(jí)動(dòng)力學(xué)的有效因子0則在球形載體內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)速率為：則零級(jí)動(dòng)力學(xué)有效因子0目前八十五頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（2）零級(jí)動(dòng)力學(xué)的有效因子0如何求?一種方法,通過求濃度分布:目前八十六頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（2）零級(jí)動(dòng)力學(xué)的有效因子0由求出一種方法,通過求濃度分布:目前八十七頁\總數(shù)九十九頁\編于六點(diǎn)第3章>>第3節(jié)內(nèi)擴(kuò)散限制效應(yīng)三、由內(nèi)擴(kuò)散的效率因子求反應(yīng)速率（2）零級(jí)動(dòng)力學(xué)的有效因子0第二種方法,由0求0

:令零級(jí)反應(yīng)的